勝利するプロトタイプ構築：ラピッド製品開発ステップバイステップガイド

製品開発時に物理的プロトタイプを作成すれば、調査、テスト、資金調達などに役立ちます。3ERPのようなラピッドプロトタイピングサービスプロバイダーのおかげで、短期間で手頃な価格のプロトタイプ製作が容易になりました。

しかし、一部企業は「どこから始めればよいかわからない」「どの技術や材料を使うべきかわからない」「どの種類のプロトタイピングパートナーと組むべきかわからない」という理由でプロトタイピングを先延ばしにしています。

幸い、3ERPのようなパートナーとプロトタイプを作るのは簡単で苦痛がありません。本ガイドでは、プロトタイプの作り方の基本を解説し、2つの大まかなプロトタイプカテゴリ（コンセプトモデルと機能プロトタイプ）を分析します。また、プロトタイプ製造施設でのラピッドプロトタイピングプロセスの概要も説明します。

ラピッドプロトタイピングとは

プロトタイプとは、生産前に作られる物理製品のモデル、ドラフト、モックアップ、初期段階バージョンであり、ラピッドプロトタイピングは可能な限り短いタイムフレームでプロトタイプを開発するプロセスです。

企業がプロトタイプ開発を必要とする理由は様々で、異なる技術で構築できます：3ERPでは、CNC加工、3Dプリント、成形、鋳造、板金加工に注力しており、一部プロトタイプは複数コンポーネントを含む場合、プロセスの組み合わせが必要です。

ラピッドプロトタイピングは、企業が製品を市場により速く投入するのを支援します。プロトタイプを迅速に構築することで、一般的にプロトタイプを必要とする市場調査や機械的テストなどのプロセスを加速し、製品開発の最終段階に早期に到達できます。

コンセプトモデル

焦点：視覚的魅力、基本アイデアの伝達、可能な限り低コスト

一般的プロセス：3Dプリント、CNC加工、真空鋳造、板金、その他

多くのプロトタイプは視覚的または美的機能を提供するために作られます。この種のプロトタイプは機能する必要はありませんが、最終製品の正確な視覚的印象を与える必要があります。

視覚目的で構築されるプロトタイプは、コンセプトモデル、ディスプレイプロトタイプ、ルックスライクプロトタイプと呼ばれます。潜在的投資家への将来製品デモンストレーション、潜在顧客への市場調査、社内他部門へのアイデア伝達に使用されます。

コンセプトモデルは機能不要なため、最終部品生産では使用されない製造プロセスを採用可能です。焦点は単に、可能な限り低価格で見栄えの良いプロトタイプを作ることです。

このため、3Dプリントがコンセプトモデルに使用されることがあります。プリント部品は最終用途には十分な強度がないかもしれませんが、高い視覚基準で迅速に作れます。真空鋳造も主に低強度・高視覚品質プロトタイプに使用されます。ただし、CNC加工と板金加工が特定プロジェクトでより安価・適切な場合も多く、高い柔軟性があります。

企業はコンセプトモデルに安価な材料を使用することもあります。材料が力に耐えたり機械的機能を果たしたりする必要がないためです。しかし、印象的な外観を維持するため（低コストプラスチックを金属風に見せる等）、プロフェッショナルな表面仕上げを施すことがあります。

コンセプトモデルの例

機能プロトタイプ

焦点：検証、機械的テスト、量産前

一般的プロセス：CNC加工、射出成形、板金、その他

プロトタイプは視覚的だけでなく機能的でもあります。機能プロトタイプは通常、製品の物理的側面（材料選定など）を検証したり、機械的テストを実施したりするために構築されます。社内スタッフ、顧客、投資家等への製品機能デモンストレーションにも使用されます。

テスト用の場合、機能プロトタイプは美観をほとんど考慮しないことがあります。例えば、無着色、未仕上げ、特定機能・ディテール欠如などです。しかし、後期段階や量産前プロトタイプは、最終製品に可能な限り近づけるため、機能的・美観的特徴の両方を含むことがあります。

機械的テストを受ける機能プロトタイプは、一般的に生産に近い材料とプロセスで作られる必要があります。そうでなければテストが有用でなくなるためです。

金属組成試験も必要な場合、生産グレード材料の選定が重要です。CNC加工と射出成形は機能プロトタイプによく使用されます。3Dプリント部品は必要な強度を欠き、機械的性能の面からは生産部品を反映しないことが多いためです。

非デモンストレーション用機能プロトタイプでは、表面仕上げは製品機能に寄与する場合のみ適用し、塗装、ブランディング等は省略できます。

機能プロトタイプの例

ラピッドプロトタイピングプロセス

3ERPでは、注文確定と必要情報・デジタルファイル受領後にラピッドプロトタイピングプロセスが開始されます。

その後の流れは、選択された製造プロセス（プロトタイプ種類（コンセプトモデルvs機能）、必要材料、必要個数による）によります。各案件は異なり、各ラピッドプロトタイピング注文の最適アプローチを顧客と協議できます。

プロセスに関わらず、プロトタイプは品質管理手順を経て、サポート材除去や希望の表面仕上げ処理（アルマイト、塗装等）など必要な後処理が施されます。

プロトタイプは可能な限り速やかに顧客へ発送され、製品開発を継続できます。

以下に、ラピッドプロトタイピングで使用する各プロセスの概要を示します。

CNC加工

CNC機械加工プロトタイプでは、適切な材料を調達し、デジタルファイルをCNC機械に送ってフライス、旋削、EDM等を実行することで迅速に開始できます。

CNC加工はツーリング不要のワンステッププロセスで、原材料が入ってプロトタイプが出てくるため、ラピッドプロトタイピングに適しています。これによりプロセスが非常に高速で、高品質・高ディテールのプロトタイプを生み出します。

加工は材料面でも汎用性が高く、高性能金属とプラスチックに適し、機械加工部品は様々な表面仕上げ処理を受けられます。

3Dプリント

3Dプリントは積層造形プロセスで、コンセプトモデルによく使用されますが、機能プロトタイプでは稀です。

しかし、検討すべき3Dプリント形式は複数あります：プラスチック部品向けFDM、SLS、SLA、金属部品向けSLM、DMLS。金属AMプロセスは高強度・良好な機械的性能部品を製造可能で、機能プロトタイプにも使用可能です。

3Dプリントの利点：複雑形状、低コスト、短納期。ワンオフプロトタイプよりバッチ向きではありません。

真空鋳造

ウレタンキャスティングとも呼ばれる真空鋳造は、射出成形の低コスト代替で、少量では射出成形より遥かに安価です。部品の機械的性能は低いものの、ラピッドプロトタイピングに適しています。

主にコンセプトモデルに使用され、射出成形と同等または優れた高品質表面仕上げを生み出します。

射出成形

射出成形でプロトタイプを作る場合、まず金型を製作する必要があり、弊社側で必要なパーティングライン、スプルー等を含むプロトタイプの反転版を作る複雑なCAD設計が必要です。

この金属金型を、CNC加工センターによるラピッドツーリングで製作したら、プラスチック成形プロトタイプの製造を開始できます。

この追加製造段階があるため、射出成形は大量プロトタイプが必要な場合にのみ真にコスト効率が良いです（規模の経済性の考慮参照）。しかし、多くの利点があります：優れた表面仕上げ、良好な強度、最終部品との類似性。

板金加工

板金プロトタイプは様々な金属で短納期製作可能です。これらは最終使用部品と類似していることが多く、テストに使用できます。

板金加工は、ブラケット、筐体、パネルなど特定製品に適し、通常他の金属製造プロセスと互換的に使用されることはありません。

規模の経済性の考慮

製造プロセス選択は、必要個数に依存することが多いです。個数が経済的に合わない場合、別プロセスへの妥協が必要になることがあります。

例外は多々ありますが、以下の表は特定プロセスに適した個数の目安です（板金加工は除く。板金部品・プロトタイプは通常板金プロセス専用に設計されるため）。

	金属プロトタイプ	プラスチックプロトタイプ
CNC加工	1〜100	1〜100
3Dプリント	1〜10	1〜10
射出成形	100+	100+
真空鋳造	n/a	1〜100
金属鋳造	100+	n/a

プロトタイプ製作のステップバイステップ手順

概念化

プロトタイプ製作の第一段階は、設計前の「何が必要か」を決定することです。この段階では市場調査や潜在要件のブレインストーミングが含まれます。

設計

簡易な手作りモックアップで十分でない限り、プロトタイプ設計にはCADソフトウェアが必要です。CADは正確な反復と容易な修正を可能にし、ファイルを機械読み取り可能形式に変換して即座に生産できます。設計経験がない場合はプロフェッショナル製品設計サービスが必要です。

材料、技術、仕上げの選定

材料、技術、表面仕上げは最初から考慮すべきです。これらがCAD設計を決定づけるためです。ただし、最終選択は設計段階後でも可能です。

製作

実用的なCADファイルと材料・技術・表面仕上げのリストをプロトタイピング専門家に送付すれば、プロトタイプ製作を開始できます。

再プロトタイピング

プロトタイプが目的を果たしたら、製品開発タイムラインの現在段階に応じて、さらなるプロトタイプ開発が必要になる場合があります。例えば、検証済みコンセプトモデルの次は機械的プロトタイプとなることがあります。

3ERPはラピッドプロトタイピングの専門家で、多業界の幅広いクライアントと協働してきました。無料見積もりはお気軽にお問い合わせください。